电控发动机系统启动困难故障分析论文 2

目录
引言 (1)
1. 汽车电子控制系统的组成 (1)
1.1 ECU (1)
1.2 传感器 (2)
1.2.1 空气流量传感器AFS (2)
1.2.2 水温传感器 (2)
1.2.3 进气温度传感器 (2)
1.2.4 曲轴位置与凸轮轴位置传感器 (2)
1.2.5 启动信号STA (3)
1.3 执行器 (3)
1.3.1电动燃油泵 (3)
1.3.2 喷油器 (3)
1.3.3 怠速控制阀 (4)
2. 引起启动困难的故障 (4)
2.１燃油压力调节器故障 (4)
2.2 燃油泵及燃油滤清器故障 (4)
2.3 冷启动系统故障 (5)
2.4 喷油器故障 (5)
2.5 水温传感器故障 (5)
2.6 怠速控制阀（ISC）故障 (5)
3. 故障分析 (6)
3.1 燃油泵故障与分析 (6)
3.2 油压调节器故障与分析 (6)
3.2.1 油压调节器的介绍 (6)
3.2.2 油压调节器的检查 (7)
3.3 汽车冷起动的影响因素分析 (7)
4. 案例分析 (7)
4.1 宝马530i轿车冷热车难以起动的故障现象 (7)
4.2 宝马530i轿车冷热车难以起动的故障诊断与排除 (8)
结束语 (8)
致谢 (9)
参考文献 (9)
电控发动机系统启动困难故障分析
边晓飞
指导教师：项晓波
【摘要】汽车电子控制燃油喷射发动机是机电一体化高新技术的产物，尤其是发动机的控制系统，它设置有多个传感器、执行器和电子控制元件。

本篇论文主要内容是讨论电控发动机的控制、起动困难故障和故障的排除。

其中，重点介绍了发动机起动困难的故障现象、故障原因和故障的诊断与排除的方法。

通过分析其故障的原因，并结合实践介绍各种诊断试验的基本要领，阐明引起各种故障的原因及解决方法。

【关键词】发动机；发动机起动困难；故障现象；故障原因；故障诊断与排除
引言
现代轿车电控技术的理论基础就是现代控制理论。

从早期的经典控制到目前的智能控制，控制理论在汽车电控中得到了广泛的应用。

主要有PID控制、最优控制、自适应控制、滑模控制、模糊控制、神经网络控制以及预测控制等。

现代控制理论的发展使得电控系统更能适应复杂的多变量系统、时变系统和非线性系统，甚至对于数学模型不甚精确的系统也能实施精确有效的控制。

而这正是发动机电控得以实现的前提。

就其结构而言，电控系统主要由传感器、电子控制组件（ECU）、执行器3个部分组成。

传感器作为输入部分，用于测量物理信号（温度、压力等），将其转换为电信号；ECU的作用是接收传感器的输入信号，并按设定的程序进行计算处理，输出处理结果；执行器则根据ECU输出的电信号驱动执行机构，使之按要求变化。

1. 汽车电子控制系统的组成
1.1 ECU
ECU（Electronic Control Unit）电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等。

从用途上讲则是汽车专用微机控制器，也叫汽车专用单片机。

它和普通的单片机一样,由微处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。

电控单元的功用是根据其内存的程序和数据对空气流量计及各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断，然后输出指令，向喷油器提供一定宽度的电脉冲信号以控制喷油量。

电控单元由微型计算机、输入、输出及控制电路等组成。

1.2 传感器
汽车发动机燃油喷射系统EFI采用的传感器主要有空气流量传感器、水温传感器、进气温度传感器、曲轴与凸轮轴位置传感器、启动信号STA等。

1.2.1 空气流量传感器AFS
（1）功用：检测发动机进气量的大小，并将空气流量信号转换成电信号输入电控单元ECU，以供ECU计算确定喷油时间和点火时间。

（2）结构：热丝式空气流量传感器主要由发热元件、温度补偿电阻、信号取样电阻和控制电路等组成。

传感器壳体两端设置有与进气道相连接的圆形连接接头，空气入口和出口都设有防止传感器受到机械损伤的防护网。

传感器入口与空气滤清器一端的进气管连接，出口与流阀体一端的进气管连接。

（3）工作原理：当发动机怠速或空气为热空气时，因为怠速时节气门全闭或接近全关闭，所以空气量很小；又因空气温度越高，空气密度越小，所以在体积相同的情况下，热空气的质量小，因此，发热元件受到冷却的程度小，阻值减小幅度小，保持电桥平衡需要的加热电流小，故取样电阻上的信号电压低，ECU根据信号电压即可计算出空气量。

1.2.2 水温传感器
（1）功用：将发动机冷却液的温度信号转变为电信号输入电控单元ECU，以便ECU修正喷油时间和点火时间，使发动机处于最佳工作状态。

（2）结构：热敏电阻式温度传感器主要由热敏电阻、金属引线、接线插座和壳体等组成。

（3）工作原理：当被测对象的温度升高时，传感器阻值减小，热敏电阻上的分压值降低；反之，当被测对象的温度降低时，热敏电阻上的分压值升高。

ECU根据收到的信号电压值便可计算求得相应的温度值，从而进行实时控制。

1.2.3 进气温度传感器
将进气温度信号变换为电信号输入发动机电控单元ECU，以便ECU修正喷油量。

当进气温度低时，ECU将控制喷油器增加喷油量；反之，将控制喷油器减少喷油量。

如果进气温度传感器信号中断，就会导致启动困难、废气排放量增大等。

1.2.4 曲轴位置与凸轮轴位置传感器
（1）功用：曲轴位置传感器CPS是采集发动机曲轴转速与转角信号并输入ECU，
以便计算确定并控制喷油提前角与点火提前角。

凸轮轴位置传感器CIS是采集配气凸轮轴的位置信号并输入ECU，以便确定活塞处于压缩冲程上止点的位置。

（2）结构：磁感应式传感器主要由信号转子、传感线圈、永久磁铁和导磁磁轭组成。

（3）工作原理：当信号转子旋转时，磁路中的气隙就会周期性的发生变化，磁路的磁阻和穿过信号线圈磁头的磁通量随之发生周期性的变化。

根据电磁感应原理，传感线圈中就会感应产生交变电动势。

1.2.5 启动信号STA
（1）功用：向ECU提供起动机电路接通工作的信号。

（2）工作原理：当启动开关接通时，启动信号从启动继电器输入ECU，ECU 接收到启动信号STA后，执行以下控制动作：①开始监测CPS和CIS的输入信号，根据这些信号确定点火时刻和喷油时刻。

②控制燃油泵继电器接通燃油泵继电器使燃油泵运转。

③如果节气门处于全开状态，ECU将中断燃油喷射。

1.3 执行器
1.3.1电动燃油泵
（1）功用：将汽油从油箱中吸出并以一定的压力供给各缸的喷油器和冷启动的喷油器。

（2）结构：电动燃油泵主要由永磁式直流电动机、油泵、限压阀、单向阀和泵壳等组成。

（3）工作原理：当点火开关接通时，泵转子便随电动机一同转动，将燃油经输油管和进油口泵入燃油泵。

当油泵内油压超过单向阀处弹簧压力时，燃油便从出油口经输油管泵入供油总管，再分配给各个喷油器。

当油泵停止工作时，单向阀将阻止汽油回流，使供油系统中保存的燃油具有一定压力，以便于发动机再次启动。

1.3.2 喷油器
（1）功用：计量燃油喷射系统的喷油量。

（2）结构：电磁喷油器安装在燃油分配管上，主要由燃油滤网、线束插座、电磁线圈、针阀阀体、阀座、复位弹簧、O形密封圈等组成。

（3）工作原理：当喷油器的电磁线圈接通电流时，线圈会产生电磁吸力吸引针阀阀体。

阀体上升时，针阀随阀体一同上升，针阀离开阀座时，阀门被打开，燃油
便从喷孔喷出，由于燃油压力较高，喷出雾状燃油。

当喷油器的电磁线圈电流切断时，电磁吸力消失，阀体在复位弹簧的弹力作用下复位，针阀回落到阀座上将阀门关闭，喷油停止。

（发动机冷启动时，按照可编程只读存储器中预先编制的启动程序和预定空燃比控制喷油）
1.3.3 怠速控制阀
（1）功用：通过调节发动机怠速时的进气量来调节怠速转速。

（2）结构：永磁转子步进电机式怠速控制阀由步进电机、螺旋机构、阀芯、阀座等组成。

（3）工作原理：当步进电机的转子转动时，螺母将带动螺杆做轴向移动。

转子转动一圈，螺杆移动一个螺距。

因为阀芯与螺杆固定连接，所以螺杆将带动阀芯开大或关小阀门开度。

ECU通过控制步进电机的转动方向和转动角度来控制螺杆的移动方向和距离，从而达到控制怠速阀开度，调整怠速转速之目的。

2. 引起启动困难的故障
冷启动困难和热启动困难的影响因素和检查方法大体相同。

就混合气浓度而言，有混合气过稀和混合气过浓两种情况。

影响供油的故障可能出现在燃油质量、燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器、冷启动系统、喷油器和水温传感器上；影响进气的故障多表现为空气滤清器堵塞、进气系统漏气和怠速控制故障。

2.１燃油压力调节器故障
燃油系统的油压对混合气浓度有直接的影响，因此首先应检查燃油压力。

方法是：先将燃油压力表接入燃油管路中，然后启动发动机，测量燃油压力。

如果燃油压力过高，则应更换压力调节器；压力过低时，可夹住回油软管，若燃油压力上升到正常值说明燃油压力调节器损坏，否则可检查燃油泵和燃油滤清器。

停机后检查燃油压力应保持在规定值５分钟，否则说明喷油器渗漏，导致混合气过浓后发动机启动困难
2.2 燃油泵及燃油滤清器故障
启动困难时，一般燃油泵是能正常工作，其问题多是油泵滤网堵塞致使油泵不能足量吸入燃油或燃油滤清器不畅通引起供油系统压力不足。

2.3 冷启动系统故障
在有些车型中设有冷启动喷油器，在冷启动时将混合气加浓以改善冷启动性能。

冷启动喷油器由启动开关和热敏时控开关控制，喷油持续时间取决于热敏时控开关加热线圈电流和冷却水的温度。

冷启动系统故障多表现为：冷启动喷油器被胶质物堵塞，影响喷油雾化质量，导致冷启动困难；冷启动喷油器失效不能正常工作；热敏时控开关短路（触点常闭）或断路（常开），如果触点常闭，则热车时仍控制冷启动喷油器喷入过多燃油而导致热启动困难，如果时控开关短路，冷启动喷油器始终不能工作而导致冷启动困难。

2.4 喷油器故障
喷油器故障一般表现为：喷油器喷孔被胶质物体堵塞，积炭或密封不严造成滴漏，从而导致混合气浓度过小或过大。

其检测方法是：首先启动发动机，用听诊器在每个喷油器处检查运作声音，如听不到声音，应检查配线连接器、喷油器或来自ＥＣＵ的喷射信号；然后，用万用表测量喷油器端子间的电阻，如电阻值与规定值不符，则更换喷油器；最后，检查喷油器的喷油量，其值应在正常范围内且各缸喷油量差值小于５厘米。

2.5 水温传感器故障
水温传感器是用来检测冷却水的温度，并将其转化为与温度有关的电压信号输入ＥＣＵ，作为ＥＣＵ修正喷油量的依据。

如果水温传感器失效或与ＥＣＵ间配线断路、短路、表面水垢严重时，都会造成输出信号出现较大偏差，最终使喷油器不能适时增大或减少喷油量，导致启动困难。

2.6 怠速控制阀（ISC）故障
大多数电喷发动机都采用步进电机型怠速控制阀，ECU根据发动机的工况，调节步进电机电磁线圈的通电顺序，使步进电机轴上的锥阀体旋入或旋出，调节旁通空气道的开度，实现旁通进气量的调节。

如果发动机启动困难但稍踩油门却能启动，则说明怠速控制阀故障。

拆解ISC 阀会发现阀体锥面有较多积炭、胶质粘滞、油污堆积，结果减小了锥形阀的可调范围，致使冷车启动时，进气量减小、混合气过浓而出现启动困难。

3. 故障分析
3.1 燃油泵故障与分析
首先用WDS检测仪,检查发动机电控部分是否存在故障码。

经检查发动机电控系统无故障码存储。

对冷却液温度、进气温度等传感器信号进行动态检测,均在正常范围值之内。

故问题根源不在发动机电控系统。

在诊断时,考虑到启动过程混合气的燃烧需要较高的点火能量,拆下6个火花塞进行检查,发现火花塞电极间隙都较大。

更换全部火花塞后重新试车,发现冷车时发动机较容易启动一些,而热车熄火后一段时间仍然处于启动困难状态。

结合该车症状仔细分析,故障出现在燃油系统的可能性较大,必须对燃油压力进行检测。

取出燃油压力表,连接到供油管路上,启动发动机。

怠速时燃油压力为350kPa。

属标准范围。

当发动机熄火后,燃油系统压力很快便下降到20kPa左右,不能保持压力,看来燃油管路中必定存在漏油的地方。

经仔细检查,燃油管路及喷油器均无泄漏处。

最后查出是燃油泵单向阀已损坏。

原来,燃油泵由于长时间使用没有得到及时清洗造成单向阀损坏,导致熄火后油管中的残余燃油返流,使系统压力降低,发动机得不到充足的启动油压。

加之发动机舱内温度高,油管内汽油吸收周围热量,由液态变为气态,使燃油供给通道受阻。

发动机因缺乏正常的燃油供应而不能正常启动,所以启动困难。

随着发动机连续多次启动,油压逐步提高,当达到启动所需油压时,引擎才能着车运转。

3.2 油压调节器故障与分析
3.2.1 油压调节器的介绍
燃油压力调节器简称回油阀，它是燃油系统内部的燃油压力调节部分，受系统油压与进气支管压力（负压）的控制。

它的作用是要自动保持整个油压系统的燃油压力为一定值，使供油总管内油压与进气支管压力之差为一定恒值（一般为250～300kPa）。

只有保持一定的压力差，才能使喷油器喷油，而喷油量取决于喷油器的开启时间。

因为发动机需求的燃油喷射量，是根据ECU给喷油器的通电时间的长短来控制的，如果不控制燃油压力，即使加给喷油器的通电时间相同，但燃油压力过高时，燃油的喷射量会增加，反之当燃油压力过低时，则会导致燃油喷射量减少，如果油压的经常出现波动的情况会引起引擎震动以及一系列随之而来的问题。

所以当系统油压与进气支管压力差发生变化时，燃油压力调节器会因系统油压与进气支管压力差的变化作相应的变化，以便保持系统内的油压稳定。

3.2.2 油压调节器的检查
（1）油压调节器工作状况的检查
①测量怠速时的油压：其值为200—250 KPa。

②拔下油压调节器真空软管时：燃油压力应提高50 KPa。

若不符合、应更换油压调节器。

③夹住油压调节器回油管时：燃油压力应上升100 KPa。

否则油泵、油压调节器故障。

（2）油压调节器保持压力的测量。

当燃油系统保持压力＜147kPa时，应作此项检查。

①让电动汽油泵运转10min 。

②用包上软布的钳子将油压调节器的回油管夹紧，使油压调节器不起作用。

③5min后观察燃油压力，该压力称为油压调节器保持压力。

若仍然低于燃油系统保持压力的标准（147kPa），说明故障不在油压调节器；相反，则说明油压调节器有泄漏。

3.3 汽车冷起动的影响因素分析
如果发动机出现起动困难的故障时，故障原因一般包括：
（1）起动系统故障，如蓄电池电能不足、起动机损坏或起动机电路存在故障；
（2）发动机机械故障，如进气管漏气，活塞与气缸之间封闭不良，以及气门关闭不严导致气缸压力低；
（3）进气门背部及进气管内积炭过多，导致喷入的汽油被积炭吸附而不能进入燃烧室；
（4）发动机管理系统故障，如转速传感器信号弱，水温信号不正确，以及线路接触不良；
（5）点火系统存在故障，如火花塞积炭过多或间隙不正确，高压线漏电，以及点火线圈损坏等；
（6）供油系统故障，如燃油系统保持压力不足，喷油器泄漏或堵塞等。

4. 案例分析
4.1 宝马530i轿车冷热车难以起动的故障现象
一辆底盘号为E39的宝马530i轿车,出现冷热车时均不好启动现象,其中冷车时
现象尤为严重,一般都得启动四到五次.
4.2 宝马530i轿车冷热车难以起动的故障诊断与排除
根据该车现象分析,本着先易后难,从基本开始下手,从油路.汽路.机械.电路等四个方面来考虑,能够引起该故障的原因一般有以下几点：(1)进气系统中存在着漏气处;(2)空气流量计故障;(3)燃油压力太低;(4)怠速控制阀及其线路有故障;(5)汽缸压缩压力太低;(6)点火正时不正确;(7)水温传感器及其线路有故障.但是该车在启动时,用化油器清洗剂往进气系统喷射时,启动车状况就会好一些.由此判断问题可能出在油路系统中,可以排除原因(5)(6),于是接上燃油压力表测试油压,果然不出所料,油压偏低,经检查发现在车下靠近汽油滤清器处有一根油管碰瘪了,此油管恰为进油管.经司机同意更换该管后,热车启动现象明显好转,但冷车现象依旧.在启动后检查发动机进气系统没有漏气之处,打方向或开空调,发动机转速都会提升,因此可以排除(1)和(4),在原地加油门发动机动力十足,无任何异常感.估计空气流量计问题也不大,看来问题很有可能出在水温传感器及其线路上了.拔下发动机进气侧汽缸壁上的水温传感器,该传感器为四线式,找到水温信号两个插头.用万用表欧姆档位测量其阻值,无论在冷车还是热车时其阻值都只有十几欧姆,看来问题出在这里.为了保险起见,找来一个滑动变阻器来代替水温传感器模拟水温信号.当把滑动变阻器滑到十几欧姆时,发动机就是不好打着.于是可以判定水温传感器有问题,更换之,故障排除.
故障分析:从以上论述得知,由于发动机进油管被碰瘪造成热启动困难,而水温传感器损坏才是冷启动困难的"罪魁祸首".该水温传感器属于负温度系数的.由于在冷启动工况下,发动机需要较浓混合气,发动机喷油器在基本喷油脉宽下,还需要加喷油脉宽,以使混合气变浓,而水温传感器就是用于修正喷油脉宽的,当水温低时,阻值变大,发动机电脑检测到这个信号时,自动加大喷油脉宽,延长喷油时间,以使混合气变浓,有利于发动机冷车启动,反之就不加大喷油脉宽,而此车水温传感器坏了,阻值一直处于十几欧姆,于是发动机判断此时不需要加浓,但实际该车为启动工况,以至于造成冷车启动困难。

结束语
对于汽车发动机起动困难故障主要发生在冬季，我们在进行日常维修作业时不要盲目下结论，而要根据所学知识，并且联系实际。

通过对空气供给系统、燃油供给系统及燃油喷射系统的传感器、执行器工作原理的掌握，进行科学合理的分析，
并借助汽缸压力表、万用表等仪器进行故障诊断，最后排除故障。

致谢
在即将毕业的这段时间，论文研究过程中使我收获了很多。

对我今后的工作启发很大。

知识要不断地更新，不断地运用，才有新的启发与进步。

这里要特别感谢我的指导老师对我的大力支持及精心指导。

他严谨的治学态度令我深感钦佩。

循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无限的启迪。

对我学习上的的帮助使我终身难忘。

在此向老师表示衷心的感谢，并致以崇高的敬意。

感谢我的同学们在论文撰写的过程中向我提出宝贵建议，对所有在完成论文过程中提供过帮助和支持的同学表示深深地感谢，我们在一起的快乐时光，我将永远铭记在心中。

感谢我的爸爸妈妈，没有你们多年来一如既往的辛勤付出，就没有我的今天。

养育之恩，无以回报。

你们永远健康快乐，就是我最大的心愿。

最后我要向在百忙之中抽出时间来对本文进行审阅，评议和与论文答辩的各位老师表示深深地感谢！
参考文献
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